국내 산·학·연이 협력해 개발한 공기 중 이산화탄소 직접포집 기술이 스마트팜 현장 적용을 앞두고 있다.
한국화학연구원과 한국과학기술원(KAIST), 에코프로HN은 '직접 공기포집(DAC, Direct Air Capture)' 기술을 공동개발했다고 1일 밝혔다. 에코프로HN은 오는 2026년 소형 DAC 설비 상용화를 목표로 하고 있다.
작물은 이산화탄소(CO₂) 농도가 높을수록 광합성이 활발해지며, 특히 800~1000ppm 구간에서 최적 성장을 보인다. 그러나 대기 중 CO₂ 농도는 약 400ppm 수준에 머물러 있다. 국내 산·학·연 연구진은 긴밀한 협력을 통해 스마트팜 현장에서 설치제약 없이 대기 중 CO₂를 직접 농축해 작물에 공급하는 기술을 개발했다. 이번 성과는 스마트팜 혁신과 탄소 네거티브 실현을 앞당길 것으로 기대된다.
일반적인 '이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS)' 기술은 산업현장에서 나오는 고농도 탄소를 대상으로 하는 기술로서, 발전소·공장 등 설치 장소가 제한된다. 하지만 직접 공기포집 기술은 대기 중의 저농도 이산화탄소를 포집하는 것이므로 어디서든 사용할 수 있다는 장점이 있다.
직접 공기포집 기술은 액체흡수 방식과 건식흡착 방식으로 나뉜다. 액체흡수 방식은 알칼리 용액에 공기를 통과시켜 이산화탄소를 담은 후, 흡수된 용액을 가열하면 이산화탄소만 얻게 되는 방식이다. 대규모로 연속 가동할 수 있지만, 부식성 알칼리 용액으로 인한 설비 내구성, 폐수 발생과 같은 단점이 있다.
고체흡착 방식은 흡착제 필터에 공기를 통과시키면, 흡착제에 이산화탄소 분자는 달라붙고 공기 분자는 빠져나가는 방식이다. 필터에 이산화탄소가 가득 차면 열이나 압력을 가해 분리·저장한다. 액체 용액 방식에 비해 소형화가 가능하고 에너지 소모가 적다.
연구팀은 액체 흡수 방식의 한계를 극복하기 위해 건식 흡착 기반의 소형 DAC 설비를 설계·제작했다. 이 설비는 KAIST 최민기 교수팀이 개발한 건식 이산화탄소 흡착제와 화학연 박용기 박사팀이 보유한 장치 설계·제작 기술이 합쳐졌으며, 에코프로HN에서 소형 설비로 제품화하고 있다. 개발된 흡착제는 직접공기포집(DAC) 기술뿐만 아니라 화력발전소 배기가스의 이산화탄소 포집에도 적용할 수 있다. 기존 기술 대비 흡착 성능, 경제성, 장기 안정성을 동시에 확보했다는 설명이다.
화학연 박용기 박사팀은 흡착 및 탈착 과정에서 필요한 온도·압력 조건을 조정해 반복적인 이산화탄소 고농도 포집이 원활하도록 설계·제작했다. 이 설비는 특정 지점·시설에 국한되지 않고 다양한 장소에 설치할 수 있으며, 특히 스마트팜과 같은 농업 현장에서 효율적으로 이산화탄소 농도를 조절할 수 있다는 장점이 있다.
현재 경상북도 상주 스마트팜혁신밸리에 설치된 1세대 DAC 장치는 토마토 재배 환경에서 실제 성능 검증을 마쳤다. 실험 결과 이산화탄소 농도를 600~700ppm까지 높이는 데 성공했으며, 성능 개선을 통해 800~1000ppm을 목표로 하고 있다. 이후 미세조류를 포함한 다른 분야 농작물에도 소형 DAC 설비를 적용할 방침이다.
이영국 화학연 원장은 "이번 기술은 공공 연구기관과 대학, 기업이 협력하여 실제 농업 현장에서 적용될 수 있는 기술로 발전했다는 점에서 의미있는 기술"이라며 "스마트팜의 생산성 향상과 함께 탄소 저감이라는 국가적 과제 해결에도 기여할 것"이라고 기대했다.
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